一种基于全球导航卫星系统的测姿方法和系统技术方案

本发明专利技术卫星定位测试领域，为一种基于全球导航卫星系统GNSS的测姿方法和系统，包括步骤：建立路侧单元RSU内置信道模型，通过路侧单元RSU得到天线的当前状态角；计算输出天线向量旋转角度，通过比对天线的当前状态角和天线向量旋转角度，反解算输出有效的天线向量旋转角度；对有效的天线向量旋转角度进行优化，获得载具时域上位置姿态变化参量，绘制散点轨迹。本发明专利技术通过场地实际测试环境中的时间精度衰减因子以及现场频谱混杂度进行优化数据，使得测量结果精度高，该方法可以有效利用路面现存的设备，无需配置多个接收机或者多天线接收机组成的测试系统，无需考虑载具水平面积大小，适用性更广泛。适用性更广泛。适用性更广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种基于全球导航卫星系统的测姿方法和系统


[0001]本专利技术涉及卫星定位测试领域，尤其涉及一种基于全球导航卫星系统的测姿方法和系统。

技术介绍

[0002]智能网联汽车在姿态控制测试过程中，着重强调自动化、互联性，主要特征在于测试主要流程无人工干涉。基于成本考虑，通常由惯性导航系统来获取姿态信息，惯导受外界温度以及硬件自热影响产生数据漂移，并在运行过程中误差随时间不断发散，因此在道路测试过程中需要其他测姿系统对其进行校正。
[0003]在大型设施需要测角的情况下，通常采用基于磁传感器的定向测姿方案，但是在移动载具路测场景中，即使仪器自身消磁，其他各种补偿做得很好，却很难保证在近端测量环境不受电磁干扰或能准确干扰补偿，实际测试精度和易用性会大打折扣。
[0004]利用卫星信号定向与测姿方案主要采用双/多天线GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)接收机实现，在无人车相关测试当中，由于架设两根天线的距离受限于车身距离，在车身较小的情况下测试精度无法满足作为标准设备的需求。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术所存在的技术问题，本专利技术提供一种基于全球导航卫星系统GNSS的测姿方法和系统，其测试结果精度高，将一根GNSS接收机的天线设在载具顶部，通过路侧单元RSU测姿，可以满足车身较小的情况下保证测试精度的需求，与待测设备日常工作环境一致，无需移动至大型暗室，大幅降低测试成本。
[0006]本专利技术的第一个目的在于提供一种基于全球导航卫星系统GNSS的测姿方法。
[0007]本专利技术的第二个目的在于提供一种基于全球导航卫星系统GNSS的测姿系统。
[0008]本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0009]一种基于全球导航卫星系统的测姿方法，包括以下步骤：
[0010]S1、将GNSS接收机的天线设置在载具顶部，通过获得天线方位图以及各频点相位中心偏差数据，结合天线方位图的方向系数图/表与相位中心偏差值得到天线初始状态角单位矢量；
[0011]S2、通过天线相位中心i时刻的位置三轴坐标计算得天线在i时刻的角度参数，整理得到天线相位中心随着方位角变化的数据集；
[0012]S3、建立路侧单元RSU内置信道模型，通过路侧单元RSU得到天线的当前状态角度Ψ
i
；
[0013]S4、计算输出天线向量旋转角度，通过比对天线的当前状态角Ψ
i
和天线向量旋转角度，反解算输出有效的天线向量旋转角度；
[0014]S5、对有效的天线向量旋转角度进行优化，获得载具时域上位置姿态变化参量，绘
制散点轨迹。
[0015]具体地，步骤S1具体包括：
[0016]S11、将天线架设在载具顶部，与载具无相对位移，根据天线方位图的方向系数图/表与GNSS接收机记录的功率密度比得到天线当前角度；
[0017]S12、结合频点相位中心偏差消除天线当前角度的相位误差得到天线的初始状态角；
[0018]S13、对天线的初始状态角进行归一化处理，得到初始状态角单位矢量。
[0019]具体地，步骤S3具体包括：
[0020]S31、建立路侧单元RSU内置信道模型，计算载具在i时刻的出发角度AOD的角度值和到达角度AOA的角度值；信道模型为：
[0021][0022]其中，e称为自然常数或欧拉数，j为虚数单位，为AOA单位矢量，为AOD单位矢量，为第i刻相位变化向量，Δθ为RSU天线相位中心常数，k为波束的数量，M为天线阵列中单元m的总数量，P
i
是天线在第i刻功率幅度，v
i
是多普勒成分速率；
[0023]S32、通过路侧单元RSU得到天线的当前状态角度Ψ
i
：
[0024]Ψ
i
＝(α
Ai
‑
α
Di
，β
Ai
‑
β
Di
)
[0025]其中，α
Di
为AOD垂直投影下i时刻方位角，β
Di
为AOD水平投影下i时刻俯仰角；α
Ai
为AOA垂直投影下i时刻方位角，β
Ai
为AOA水平投影下i时刻俯仰角。
[0026]本专利技术的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0027]一种基于全球导航卫星系统的测姿系统，包括：
[0028]第一获取模块，用于通过获得天线方位图以及各频点相位中心偏差数据，结合天线方位图的方向系数图/表与相位中心偏差值得到天线初始状态角单位矢量；
[0029]第二获取模块，用于通过天线相位中心i时刻的位置三轴坐标计算得天线在i时刻的角度参数，整理得到天线相位中心随着方位角变化的数据集；
[0030]第三获取模块，用于建立路侧单元RSU内置信道模型，通过路侧单元RSU得到天线的当前状态角度Ψ
i
；
[0031]载具姿态变化参量模块，用于计算输出天线向量旋转角度，通过比对天线的当前状态角Ψ
i
和天线向量旋转角度，反解算输出有效的天线向量旋转角度，对有效的天线向量旋转角度进行优化，获得载具时域上位置姿态变化参量，绘制散点轨迹。
[0032]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0033]本专利技术的提供了一种基于全球导航卫星系统GNSS的测姿方法和系统，将一根GNSS接收机的天线设在载具顶部，通过RSU内置信道模型分别确定出发角度与到达角度在不同时刻角度值，根据出发角度与到达角度的夹角，并参考天线相位中心偏差反解算得到的天线向量旋转角度；通过场地实际测试环境中的时间精度衰减因子以及现场频谱混杂度进行优化数据，使得测量结果精度高。该方法与待测设备日常工作环境一致，无需移动至大型暗室，大幅降低测试成本，可以有效利用路面现存的设备，无需配置多个接收机或者多天线接收机组成的测试系统，无需考虑载具水平面积大小，适用性更广泛。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0035]图1是本专利技术实施例中的方法流程示意图；
[0036]图2是本专利技术实施例中的天线与方位关系的波瓣图的示例图；
[0037]图3是本专利技术实施例中的测试原理示意图。
具体实施方式
[0038]下面将结合附图和实施例，对本专利技术技术方案做进一步详细描述，显然所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，本专利技术的实施方式并不限于此。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于全球导航卫星系统的测姿方法，其特征在于，方法包括以下步骤：S1、将GNSS接收机的天线设置在载具顶部，通过获得天线方位图以及各频点相位中心偏差数据，结合天线方位图的方向系数图/表与相位中心偏差值得到天线初始状态角单位矢量；S2、通过天线相位中心i时刻的位置三轴坐标计算得天线在i时刻的角度参数，整理得到天线相位中心随着方位角变化的数据集；S3、建立路侧单元RSU内置信道模型，通过路侧单元RSU得到天线的当前状态角度Ψ
i
；S4、计算输出天线向量旋转角度，通过比对天线的当前状态角Ψ
i
和天线向量旋转角度，反解算输出有效的天线向量旋转角度；S5、对有效的天线向量旋转角度进行优化，获得载具时域上位置姿态变化参量，绘制散点轨迹。2.根据权利要求1所述的一种基于全球导航卫星系统的测姿方法，其特征在于，步骤S1具体包括：S11、将天线架设在载具顶部，与载具无相对位移，根据天线方位图的方向系数图/表与GNSS接收机记录的功率密度比得到天线当前角度；S12、结合频点相位中心偏差消除天线当前角度的相位误差得到天线的初始状态角；S13、对天线的初始状态角进行归一化处理，得到初始状态角单位矢量。3.根据权利要求1所述的一种基于全球导航卫星系统的测姿方法，其特征在于，步骤S2具体包括：S21、GNSS接收机对接收到的收卫星系统信号处理后得到天线相位中心大地坐标，通过大地坐标与天线三轴坐标的关系得到天线相位中心三轴坐标；S22、计算天线在i时刻的角度参数，整理得到天线相位中心随着方位角变化的数据集。4.根据权利要求3所述的一种基于全球导航卫星系统的测姿方法，其特征在于，计算天线在i时刻的角度参数公式为：(x
i
＝r
i
cosβ
i
cosα
i
，y
i
＝r
i
cosβ
i
sinα
i
，z
i
＝r
i
sinβ
i
)其中，xi、yi、zi为i时刻天线的位置三轴坐标，α
i
为i时刻天线垂直投影下方位角，β
i
为i时刻天线水平投影俯仰角，r
i
为相位变化向量的模。5.根据权利要求1所述的一种基于全球导航卫星系统的测姿方法，其特征在于，步骤S3具体包括：S31、建立路侧单元RSU内置信道模型，计算载具在i时刻的出发角度AOD的角度值和到达角度AOA的角度值；信道模型为：其中，e称为自然常数或欧拉数，j为虚数单位，为AOA单位矢量，为AOD单位矢量，为第i刻相位变化向量，Δθ为RSU天线相位中心常数，k为波束的数量，M为天线阵列中单元m的总数量，P
i
是天线在第i刻功率幅度，v
i
是多普勒成分速率；S32、通过路侧单元RSU得到天线的当前状态角度Ψ
i
：
Ψ
i
＝(α
Ai
‑
α
Di
，β
Ai
‑
β
Di
)其中，α
Di
为AOD垂直投影下i时刻方位角，β
Di
为AOD水平投影下i时刻俯仰角...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卓念，魏亮，王艳，李延，张辉，
申请(专利权)人：河南广电计量检测有限公司广电计量检测北京有限公司广电计量检测重庆有限公司广电计量检测青岛有限公司，
类型：发明
国别省市：